苏教版高中化学选修4第5讲：化学反应的方向和限度(教师版)

化学反应的方向和限度____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1.了解化学反应的方向与焓变与熵变之间的关系，能利用化学反应的焓变和熵变判断化学反应的方向。2.了解可逆反应的定义,理解化学平衡和化学平衡常数的定义并能进行简单计算。1．自发过程(1)含义在一定条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程。(2)特点①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。②在密闭条件下，体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。2．自发反应在一定条件下无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。3．判断化学反应方向的依据(1)焓变与反应方向研究表明，对于化学反应而言，绝大多数放热反应都能自发进行，且反应放出的热量越多，体系能量降低得也越多，反应越完全。可见，反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一。(2)熵变与反应方向①研究表明，除了热效应外，决定化学反应能否自发进行的另一个因素是体系的混乱度。大多数自发反应有趋向于体系混乱度增大的倾向。②熵和熵变的含义a．熵的含义熵是衡量一个体系混乱度的物理量。用符号S表示。同一条件下，不同物质有不同的熵值，同一物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是S(g)>S(l)>S(s)。b．熵变的含义熵变是反应前后体系熵的变化，用ΔS表示，化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行。(3)综合判断反应方向的依据①ΔH－TΔS<0，反应能自发进行。②ΔH－TΔS＝0，反应达到平衡状态。③ΔH－TΔS>0，反应不能自发进行。知识点一：焓变与自发反应

例1.对于化学反应方向的确定，下列说法正确的是（）

A.在温度、压力一定的条件下，焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向B.温度、压力一定时，放热的熵增加反应一定能自发进行C.反应焓变是决定反应能否自发进行的唯一因素D.固体的溶解过程与焓变有关解析：△H-T△S<0，常温、常压下反应能自发进行，所以焓变和熵变是一定温度下化学反应能否自发进行的复合判据，所以A正确，C不正确。放热反应的焓变小于零，熵增加反应熵变大于零，都对△H-T△S<0做出贡献。显然，放热的熵增加反应一定能自发进行，所以B正确。固体的溶解过程，体系的混乱度增大，它是熵增加的过程，所以D不正确。答案：AB知识点二：熵变与自发反应例2．下列反应中，熵显著增加的反应是 ()A．CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)B．CaCO3＋2HCl=CaCl2＋H2O＋CO2↑C．C(s)＋O2(g)=CO2(g)D．2Hg(l)＋O2(g)=2HgO(s)解析：反应中若生成气体或气体的量增加，都会使混乱度增大，熵增加。答案：B例3.能用能量判据判断下列过程的方向的是（）

A.水总是自发地由高处往低处流B.放热反应容易自发进行，吸热反应不能自发进行C.有序排列的火柴散落时成为无序排列D.多次洗牌以后，扑克牌的毫无规律的混乱排列的几率大解析：A。水总是自发地由高处往低处流，有趋向于最低能量状态的倾向。B。吸热反应也可以自发进行，例如，在25℃和时，，△H，△H=。不难看出，上述两个反应都是吸热反应，又都是熵增的反应，显然只根据焓变来判断反应进行的方向是不全面的。C有序排列的火柴散落时成为无序排列，有趋向于最大混乱度的倾向，属于熵判据。D扑克牌的无序排列也属于熵判据。答案：A知识点三：复合判据的应用例4．灰锡结构松散，不能用于制造器皿，而白锡结构坚固，可以制造器皿，现把白锡制成的器皿放在0℃、100kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能再继续使用？已知：在0℃、100kPa条件下白锡转化为灰锡的反应焓变和熵变分别为ΔH＝－2180.9J·mol－1，ΔS＝－6.61J·mol－1·K－1。答案：会自发变成灰锡，不能再继续使用。解析：ΔH－TΔS＝－2180.9J·mol－1×10－3－273K×(－6.61J·mol－1·K－1)×10－3≈－0.38kJ·mol－1<0，能自发进行。反思归纳焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响ΔHΔSΔH－TΔS反应情况－＋永远是负值在任何温度下过程均自发进行＋－永远是正值在任何温度下过程均非自发进行＋＋低温为正高温为负低温时非自发，高温时自发－－低温为负高温为正低温时自发，高温时非自发【基础演练】1．下列说法正确的是 ()A．凡是放热反应都是自发的，因为吸热反应都是非自发的B．自发反应的熵一定增大，非自发反应的熵一定减小C．常温下，反应C(s)＋CO2(g)=2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0D．反应2Mg(s)＋CO2(g)=C(s)＋2MgO(s)能自发进行，则该反应的ΔH>0答案：C2.下列说法正确的是（）

A.放热反应不一定是自发进行的反应B.吸热反应一定是非自发进行的C.自发进行的反应一定容易发生D.反应速率快的一定是自发进行的答案：A

3.高温时空气中的和会反应生成NO而污染大气：。试通过计算说明在1200℃的条件下，此反应能否正向自发进行？估算自发进行的最低温度是多少？（已知△H=，△S=）。答案：（1）1200℃能自发进行（2）自发进行的最低温度是4.当铁丝加热后放入氧气中可观察到的现象是_____________，说明这个反应是__________反应（填“吸热”或“放热”），说明单质铁的稳定性_____________（填“强”或“弱”）于产物。答案：铁丝红热、火星四射、有黑色固体生成；放热；弱5．实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解正确的是()A．所有的放热反应都是自发进行的B．所有的自发反应都是放热的C．焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素D．焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据答案：C【巩固提高】6．下列过程属于熵增加的是()A．一定条件下，水由气态变成液态B．高温高压条件下使石墨转变成金刚石C．4NO2(g)＋O2(g)=2N2O5(g)D．固态碘升华答案：D7.下列反应中，在高温下不能自发进行的是（）

A.

B.C.D.答案：A8．已知：(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)＋NH3(g)ΔH＝74.9kJ·mol－1。下列说法中正确的是()A．该反应中熵变小于0，焓变大于0B．该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行C．碳酸盐分解反应中熵增加，因此任何条件下所有碳酸盐分解一定自发进行D．判断反应能否自发进行需要根据ΔH与ΔS综合考虑答案：D9．在酸性溶液中，碘酸钾(KIO3)和亚硫酸钠可发生如下反应：2IOeq\o\al(－,3)＋5SOeq\o\al(2－,3)＋2H＋=I2＋5SOeq\o\al(2－,4)＋H2O生成的碘可以用淀粉溶液检验，根据反应溶液出现蓝色所需的时间来衡量该反应的速率。某同学设计实验如下表所示：0.01mol·L－1KIO3酸性溶液(含淀粉)的体积/mL0.01mol·L－1Na2SO3溶液的体积/mLH2O的体积/mL实验温度/℃溶液出现蓝色时所需时间/s实验15V13525t1实验2554025t2实验355V20t3(1)碘酸钾与亚硫酸钠的反应是________________(填反应类型)。(2)该实验的目的是①_______________________________；②______________________。(3)表中V2＝__________mL，V1＝__________mL。(4)t1______t2________t3(填“<”、“>”或“＝”)。答案：(1)氧化还原反应(2)①探究温度对反应速率的影响②探究Na2SO3的浓度对反应速率的影响(3)4010(4)<<10．Ⅰ.硫酸生产中，SO2催化氧化生成SO3：2SO2(g)＋O2(g)=2SO3(g)ΔH＜0某温度下，SO2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如下图所示。根据图示回答下列问题：(1)将2.0molSO2和1.0molO2置于10L密闭容器中，反应达平衡后，体系总压强为0.10MPa。该反应的平衡常数等于__________________。(不需要写表达式)(2)平衡状态由A变到B时，平衡常数K(A)____K(B)(填“＞”、“＜”或“＝”)。(3)此反应在恒温密闭的装置中进行，能充分说明此反应已达到平衡的标志是____________(填字母)。A．接触室中气体的平均相对分子质量不再改变B．接触室中SO2、O2、SO3的浓度相同C．接触室中SO2、SO3的物质的量之比为2∶1∶2D．接触室中压强不随时间变化而变化Ⅱ.已知工业制氢气的反应为CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，反应过程中能量变化如下图所示。在500℃时的平衡常数K＝9。若在2L的密闭容器中CO和水蒸气的起始浓度都是0.1mol/L，10min时达到平衡状态。(4)增加H2O(g)的浓度，CO的转化率将________(填“增大”、“减小”或“不变”)。(5)平衡常数的表达式K＝__________。400℃时平衡常数K________9(填“>”、“<”或“＝”)。(6)已知2H2(g)＋O2(g)2H2O(g)ΔH＝－484kJ/mol。结合上图写出CO完全燃烧生成CO2的热化学方程式：_______________________________________________________________________________________________________________________________。答案：(1)800L/mol(2)＝(3)AD(4)增大(5)eq\f(cCO2·cH2,cCO·cH2O)＞(6)CO(g)＋1/2O2(g)=CO2(g)ΔH＝－283kJ/mol1.碳铵在室温下就能自发地分解产生氨气，对其说法中正确的是（）

A.碳铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大B.碳铵分解是因为外界给予了能量C.碳铵分解是吸热反应，根据能量判据不能自发分解D.碳酸盐都不稳定，都能自发分解答案：A2.已知反应的△H为正值，△S为负值。设△H和△S不随温度而变，下列说法中正确的是（）

A.低温下是自发变化B.高温下是自发变化C.低温下是非自发变化，高温下是自发变化D.任何温度下都是非自发变化答案：D3.考察下述自然界的一些自发变化，可发现它们有一些共同的特点。下列说法不正确的是（）

A.都有一定的方向性，按某一物理量标度由高到低自发进行B.都可以用来做功，自发过程一旦发生后体系做功的本领就会降低C.有一定的进行限度，自发过程总是单向地趋向于非平衡状态D.有一定的数据差来判断自发变化能否发生答案：C4.往平底烧瓶中放入氢氧化钡晶体和氯化铵晶体，塞紧瓶塞。在木板上滴少量水，如图所示，一会儿就会发现瓶内固态物质变成液体，瓶壁变冷，小木板上因少量水冻结，而被烧瓶粘住，这时找开瓶塞，出来的气体有氨味。这是自发地发生了反应下列结论中正确的是（）

A.自发反应一定是放热反应B.自发反应一定是吸热反应C.有的吸热反应也能自发进行D.吸热反应不能自发进行答案：C5.在温度、压强一定的条件下，化学反应方向的判据为：

（1）△H-T·△S<0，反应为______________。

（2）△H-T·△S=0，反应为______________。

（3）△H-T·△S>0，反应为______________。答案：（1）能自发进行

（2）达到平衡状态

（3）不能自发进行6.通过计算判断反应在25℃时能不能自发进行。（已知，）答案：反应不能自发进行7.计算并判断的分解反应在100℃时能否自发进行？（已知：在100℃，1大气压下，此反应的△H，△S=）答案：不能自发进行8.高炉炼铁常用焦炭还原三氧化二铁得到生铁。请运用所学知识判断用焦炭还原氧化铝的可能性。已知298K下反应：

△S=答案：△H-T△S=，反应不能自发进行__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1.吸热反应一定是（）

A.非自发的化学反应

B.释放能量C.